Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Одеса ~

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 2.11.2024

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Колеснікова  Катерина  Вікторівна

УДК 669.141.247:62 –

АВТОМАТИЗАЦІЯ УПРАВЛІННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИМ ПРОЦЕССОМ
У ДУГОВИХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНИХ ПЕЧАХ

05.13.07 –Автоматизація технологічних процесів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса –

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському національному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України на кафедрі технології комп’ютерного проектування

Науковий керівник:  кандидат технічних наук, доцент

Кострова Галина Вікторівна,

Одеський національний політехнічний університет,

професор кафедри машин і технології ливарного виробництва

Офіційні опоненти:  доктор технічних наук, професор

Моісєєв Юрій Васильович

Фізіко-технологічний інститут металів та сплавів,

завідувач відділу автоматизації

доктор технічних наук, професор,

Максимов Максим Віталійович

Одеський національний політехнічний університет,

кафедра “Автоматизації теплоенергетичних процесів”,

професор

Провідна установа:  Науково-виробнича корпорація “Київський інститут автоматики”

Захист відбудеться  19 травня  2005 р. о 13  на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.01 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр-т Шевченка, 1, ауд. 400А.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського національного політехнічного університеті за адресою:  м. Одеса, пр-т Шевченка, 1.

Автореферат розісланий  “ 13 ”  квітня   2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

професор         Ю.С. Ямпольський


загальна характеристика роботи

Необхідною умовою успішного розвитку ливарного виробництва є підвищення ефективності технологічних процесів (ТП). Забезпечення досягнення високих якісних і кількісних показників ТП є важливою народногосподарською задачею, від рішення якої залежать темпи розвитку машинобудівного комплексу України та її
національний престиж.

Актуальність теми. Комплексний підхід до автоматизації ливарних виробництв у сучасних умовах здійснюється в трьох напрямках, що інтегруються в єдину систему: ефективне управління бізнес проектами, управління персоналом, а саме, навчання й підвищення його кваліфікації, автоматизація управлінської та виробничої діяльності. Управління технологічним процесом у дугових сталеплавильних печах здійснюється, як правило, в умовах невизначеності, не тільки через властивості об'єкта управління, але й через відсутність системи підтримки прийняття рішень, яка дозволяла би підвищити ефективність управління за рахунок повного врахування інформації про процес і застосування методів математичного моделювання.

Контроль якості ведення плавки у дуговій сталеплавильній печі здійснюється шляхом періодичного вимірювання температури металу у за допомогою разових термопар і на основі хімічних аналізів складу металу, які надходять із лабораторії через 15...20 хвилин після відбору проби. При такому інформаційному забезпеченні прийняття рішень щодо управління процесом базується на досвіді та інтуїції сталевара. Тому актуальними завданнями підвищення ефективності ТП і зменшення впливу людського фактору є розробка інформаційного і програмного забезпечення АСУ ТП для підтримки прийняття рішень щодо управління, а також систем навчання та підвищення кваліфікації персоналу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційні дослідження виконані відповідно до планів науково-дослідних робіт ОНПУ № 1323-32 “Розробка моделі виплавки стали в дуговій електропечі”,
№ 1450-32/205 “Розробка автоматизованої системи навчання і тренінгу сталеварів дугової сталеплавильної печі” та № 608-24 “Інформаційне моделювання складних технічних систем для потреб проектування та управління”.

Метою дослідження є забезпечення високих якісних та кількісних показників ТП ливарного виробництва за рахунок створення і впровадження програмного забезпечення підтримки прийняття рішень і комп’ютерної системи навчання персоналу.

Для досягнення цієї мети в роботі вирішені такі основні задачі: 

виконана формалізація задач управління ТП плавлення сталі в дуговій сталеплавильній печі і визначені критерії оцінки якості функціонування об'єкта;

розроблено математичний опис фізико-хімічних процесів, які відбуваються на стадіях плавлення сталі, і запропоновано метод розв’язання одержаної системи рівнянь;

створена база даних АСУ ТП виплавки сталі для забезпечення інформаційних і облікових потреб системи підтримки прийняття рішень і навчання персоналу;

розроблено програмне забезпечення АСУ ТП виплавки сталі для підтримки прийняття рішень та навчання персоналу;

проведені виробничі випробування АСУ ТП і виконана оцінка ефективності впровадження результатів роботи.

Об'єкт дослідження –автоматизована система управління технологічним процесом виплавки сталі в дуговій сталеплавильний печі.

Предмет дослідження –інформаційне і програмне забезпечення АСУ ТП виплавки сталі для підтримки прийняття рішень і системи управління персоналом.

Методи дослідження базуються на теорії металургійних процесів (визначення активності компонентів шлаку як фази з колективізованими електронами, опис рівноваги в системі “шлак - метал”); теорії оптимізації (пошук рішень для математичного опису рівноваги в системі “шлак - метал”); методах апроксимації даних (метод найменших квадратів використаний для одержання експериментальних моделей розподілу сірки, а також вмісту оксидів заліза в шлаку); моделюванні на ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів роботи полягає в наступному:

–вперше виконана формалізація задачі управління складним процесом виплавки сталі, що заснована на операційної декомпозиції процесу і формуванні цільових функцій управління для окремих стадій ТП;

–дістав подальший розвиток математичний опис стадій електро-сталеплавильних процесів, який використовує визначення активності компонентів шлаку як фази із колективізованими електронами і враховує розчинення компонентів футерівки, заправних матеріалів та угар шихти;

–удосконалені експериментальні моделі рівноважного вмісту оксидів заліза в шлаку, а також розподілу сірки між металом і шлаком, які представлені поліномами, і показано ефективність використання одержаних моделей для автоматизації розрахунків матеріального балансу стадій ТП;

–вперше запропонована принципова схема управління ітераційним процесом розв’язання загальної системи нелінійних рівнянь рівноваги і матеріального балансу операцій за допомогою нейронної мережі, яка виконує функцію перемикачів для передачі на вхід об’єкта чергових наближень.

Практичне значення отриманих результатів. На основі розроблених моделей, алгоритмів і методів створено інформаційне і програмне забезпечення АСУ ТП. Концепція застосування комп'ютерних модулів, керованих подіями, дозволила створити уніфіковану підсистему автоматичної імітації управління процесом з використанням математичних моделей технологічних операцій. Розроблено базу даних АСУ ТП, яка виконує інформаційні та облікові функції системи підтримки прийняття рішень при управлінні процесом. Вперше створена автоматизована система управління персоналом.

Результати роботи впроваджені на Дніпродзержинському сталеливарному заводі, що дозволило зменшити питому витрату матеріалів, що утворюють шлак, на 9,2 % і феросплавів на 13 %. Економія електроенергії склала 3,4 %, середня тривалість плавок зменшена від 4,5 до 4,1 години. Автоматизована система навчання також використовується в навчальному процесі на кафедрі машин і технології ливарного виробництва ОНПУ.

Особистий внесок здобувача. Автором запропонована модель розподілу сірки між шлаком і металом [1]. Наведено математичний опис і розрахунок рівноваги в системі “шлак –метал”[4, 13, 17]. Виконана операційна декомпозиція моделі ТП та формалізація задачі управління процесом в умовах реального виробництва [2, 7, 9]. Створена структура інформаційної системи підтримки прийняття рішень при управлінні процесом виплавки сталі в ДСП [8, 12, 14, 15], комп'ютерна система навчання та контролю знань персоналу ДСП [3, 6]. Запропоновані різні варіанти програмно-технічних засобів [5, 10]. Підтверджена достовірність результатів моделювання в умовах виробництва [16].

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційних досліджень обговорювалися на міжнародних конференціях з автоматичного управління “Автоматика - 2001” (Одеса), “Автоматика - 2003” (Севастополь), “Автоматика - 2004” (Київ); на міжнародній науково-технічній конференції “Нові процеси і їх моделі в сировинно-, енергозаощаджуючих технологіях” (Одеса –Київ, 2003); на науково-технічній конференції “Стан і перспективи розвитку нових науково-освітніх комп'ютерних технологій” (Миколаїв, 2003); на 10, 11 та 12 семінарах “ Моделювання в прикладних наукових дослідженнях ” (Одеса, 2003 –).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 5 статтях у виданнях, рекомендованих ВАК України, і в 11 матеріалах конференцій і семінарів.

Структура дисертації. Дисертація включає вступ, 5 розділів, висновки і 5 додатків. Об’єм дисертації –сторінок, додатків –сторінок. Дисертація містить 100 рисунків, 8 таблиць та посилання до 141 використаного джерела.

Основний зміст роботи

У вступі розкрито актуальність роботи, визначено об’єкт і предмет дослідження, сформульовано мету, задачі дослідження, методи їх досягнення. Визначено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, наведено відомості про апробацію, публікації і впровадження.

Перший розділ: “Проблеми автоматизації технологічних процесів виплавки сталі у дугових сталеплавильних печах”. Розглянуто сучасний стан автоматизованого управління процесом, проведено формалізацію завдань управління процесами виплавки сталі. Визначено напрямки і задачі досліджень.

Другий розділ: “Математичний опис процесів виплавки сталі у дугових сталеплавильних печах”, –включає операційну декомпозицію процесу, обгрунтування цільової функції управління, а також розробку алгоритмічних моделей складових процесу.

Цільова функція управління процесом представлена виразом:

з обмеженнями щодо вмісту елементів у сталі

де k вміст k-го елемента в сталі, %; k,min і k,max –граничні значення вмісту k-го елемента в сталі, %; m –маса металевої частини шихти, кг; X={x, x, ... , xk} склад шихти, %; S ={s, s, ... , st} множина технологічних операцій; U={u, u, ... , un} множина застосовуваних флюсів і феросплавів; gl –вихід годного металу в l-ому виливку, кг, l=1, 2, ... , r; Pl –ціна металу у виливках, грн/кг; qij.  маса j-го компонента, завантаженого в піч на i-й операції, кг; Zj  ціна j-го компонента, грн/кг; Wi  витрати електроенергії, квт-г; Е –вартість електроенергії, грн/квт-г.

d0. 1. ’ff

В ході технологічного процесу відбувається взаємодія елементів печі (рис. 1). На рис. 2 подана декомпозиція процесу на головні стадії. Блоками відзначені операції st S. Над стрілками зазначені матеріали un  U, що використовуються на даній операції. Знаком питання умовно позначені ситуації прийняття рішень з управління технологічним процесом. Виділення технологічних стадій дозволяє звести складну задачу ведення плавки до розрахунку керуючих впливів на кожній стадії.

Математична модель процесу включає такі складові. Рівняння матеріального балансу печі як агрегату ідеального змішування періодичної дії:

де xі та xs – масові частки компонентів у металі (i=1, 2, ... , k) і шлаку (s = 1, 2, ... , m); V, rf, rz, u – швидкість, відповідно, хімічних реакцій, розчинення компонентів футерівки, заправних матеріалів, угару шихти, с-1; t – час перебування компонентів у системі, с.

Рівняння енергетичного балансу печі:

де mMe, msl – маси металу і шлаку, кг; сMe, сsl – теплоємність металу і шлаку, Дж/(кг·К); Hj – ентальпія хімічних реакцій, Дж/кг; Ql – швидкість відведення тепла з системи, Дж/с; Р – теплова потужність печі, Дж/с.

У роботі експериментально одержана емпірична залежність кінетики окислювання вуглецю для печі ДСП-3М у припущенні, що окислювання проходить за реакцією першого порядку: .

Обмеженням області застосування математичного опису процесу є температура кристалізації металу T> Tкр.

Обмеження накладаються також на продуктивність печі. Маса шихти в тонах повинна знаходитися в межах 1,2  G  4,5.

Початкові умови для j-ої стадії процесу: tj = 0;   Xj = Xj-1;    Gj = Gj-1;    Tj = Tj-1;

Рис. 2. Послідовність стадій процесу виплавки сталі

Математичний опис рівноваги в системі шлак-метал. Дістало подальший розвиток моделювання електросталеплавильних процесів, завдяки новому рішенню загальної системи рівнянь матеріального балансу операцій і рівноваги з визначенням активності компонентів шлаку як фази з колективізованими електронами.

В методі розрахунку активності компо-нентів шлаку як фази з колективізованими електронами парціальна ентропія змішування HMi приймається рівною нулю. При цьому вираз для хімічного потенціалу  і-го елементу у шлаку має вигляд:

(i) = o(i) + RT ln x(i)i + e i,

де x(i) концентрація і-го елементу у шлаку в атомних частках; eхімічний потенціал електронів у шлаковій фазі; iступінь окислювання і-го елементу у шлаку: Ca = 2, O = –2, Mn = 2 тощо; R – універсальна газова постійна, Дж/(К·моль); Т – температура, К.

Коефіцієнт активності i є частиною звичайного коефіцієнта активності i:

           ,




1. Физические основы электроники для специальности 140601 Электромеханика и Промышленная электроника для с
2. тема транспортного законодавства України
3. за расположенных там лайтмэпов прим
4. Социальные детские пособия
5. Социально-экономическая роль торговой фирмы на рынке потребительских товаров
6. ЮжноУральский многопрофильный колледж
7. Наш дом. RU номинация Хореография Дата проведения- 06.html
8. Преступления против мира и безопасности человечества 8 статей ст
9. Однако большинство ученых едины в том что зачатки их были заложены в самой идеологии большевиков которые
10. Реферат- Тхеравада як різновид буддизму
11. Тема- Експлуатація електричних апаратів розподільних пристроїв Які вимоги висуваються до РП В чо
12. Общепризнанно что некоторые облеченные властью люди ведут себя сурово и не проявляют сочувствия Екклесиас.html
13. і Отже державна служба в Україні це професійна діяльність осіб які займають посади в державних органа
14. Изумрудный Изумрудный освежающий стимулирующий пронзительный причудливый прохладный цвет
15. Форма правления, понятие и виды
16. Утверждаю Зав1
17. вариантом английского слова innovtion
18. материя и бытие Субстанция обозначает единство многообразия конкретных вещей событий явлений и проце
19. Респираторно-синцитиальная инфекция
20. Мотивация труда